JP3862180B2 - ヒータ - Google Patents

Description

本発明はヒータに関し、特に倉庫、工場、格納庫、その他などの大きな建物を加熱することを意図するタイプのスペースヒータに関する。
スペースヒータは特に、WO-A-96/10720、GB-A-2145218、EP-A-0408396、EP-A-0408397、及びEP-A-0410707から既知である。EP-A-0408396に開示されているヒータは、ハウジングと、細長い燃焼管と、燃焼管の一端にあるバーナーと、燃焼管の他端にあり燃焼管を通じて燃焼ガスを導くためのファンと、を備える。ハウジングはその下端部が開放しており、燃焼管からの放射熱がヒータから地面へと下方へ向かうことを許容する。放射加熱を提供することに加え、EP-A-0408396に開示されるヒータは吹出し温風加熱をも提供するように構成される。これはエアーダクトを設けることにより達成され、そのエアーダクトはハウジング内部を通過し、内部の空気がエアーダクトを通って移動する時に暖められ、エアーダクトの開口により温風が下方へ逃げることが可能となる。加えて、空気の入口では、空気の比率を偏向板により加減することができ、空気が燃焼管内へ直接的に当たるようにして、それにより空気がヒータの底部を通って外部の地面へ向かう前により速い空気の加熱を提供する。偏向板の位置を変更し、より多い又はより少ない空気を直接的に燃焼管へ向かわせるようにして、ヒータから放射される放射熱と対流熱との間の望ましい平衡を達成する。
空気を直接的に燃焼管へ向けることの１つの結果は、空気が燃焼管を冷却することであり、それは放射効率の低下につながると共に燃焼管内でのすすと凝結の形成を引き起こすことがある。EP-A-0408396に開示されたヒータの別の潜在的な欠点は、ヒータの一端に１つの遠心ファンがあるのみであるため、ファンの補助により対流するヒータからの加熱空気出力を、ヒータ、特に長いヒータ内部についてヒータの長さにわたって有用かつ一定のレベルで確実に維持することが困難であるということである。
本発明は、ヒータのハウジングの頂部に配置されるとともにヒータのハウジングを通って下方へ外部空気を引き込むように構成された１つ以上のファンを設けることにより、上述の問題を解決する。上述の付随的な問題と共に空気が燃焼管を冷却することを防止するために、燃焼管の上面を、燃焼管の上部半分からの放射により加熱される熱放射−吸収プレート又は熱交換器により取り囲む。そうして、ヒータのハウジングの頂部上のファンによりヒータを通って送られる空気は、ヒータの下端部を通じて地面へ向かって外へ出る前に熱交換プレートと接触するときに加熱される。
従って、第１の観点によれば本発明は、下方の空間に、放射加熱及び吹出し温風加熱の両方を提供可能なスペースヒータを提供し、そのヒータは、燃焼管を配置すべきチャンネルを規定する窪んだ底面を有するハウジングと、前記燃焼管の第１端部に通じるバーナーと、前記燃焼管と通じ、燃焼ガスを前記燃焼管を通じて前記第１端部から第２端部へ移動させる第１のファン手段と、を備え、前記ハウジングは、前記ハウジングの上面に設けられ、第２のファン手段と連結して空気をハウジング内の前記チャンネルへ向ける開口と、前記燃焼管と前記開口との間に配置され、燃焼管の上面を取り囲む形状を有し、燃焼管からの放射を吸収すると共に前記開口からの空気が前記燃焼管に直接的に当たることを防止する熱交換プレートと、を有し、前記空気は、前記チャンネルの下端部を通って下方へ通り抜ける前に前記熱交換プレートにより加熱される。
ハウジングの窪んだ底面は、その内側に単一の燃焼管を配置することができ、また、例えば２つ、３つ、４つなどの複数の燃焼管を配置することができる。複数の燃焼管がある場合、例えばそれら燃焼管を横並びに配置することができる。
本発明の１つの特定の実施形態では、単一の燃焼管が存在する。
燃焼管の各々は２つ以上の肢部（limb）を有することができ、メインの第１の肢部は一端部でバーナーに接続され、バーナーから遠い方の端部で、メインの第１の肢部と実質的に平行である１つ以上の戻り肢部に接続される。１つの好適な実施形態では、燃焼管は、メインの第１の肢部と、各々がバーナーから遠い側の端部においてメインの第１肢部と連結された１組の戻り肢部と、を備え、２つの戻り肢部はメインの第１の肢部の両側に配置される。
１つを超える戻り肢部がある場合、メインの第１の肢部は典型的に戻り肢部より大きな断面積を有する。例えば、２つの戻り肢部がある場合、メインの第１の肢部の容積を各戻り肢部の約２倍とすることができる。
各戻り肢部は、自身に取り付けられ、燃焼ガスをメインの第１の肢部及び各戻り肢部内へ導くファン、例えば遠心ファンを有することができる。
第２のファン手段は、好ましくはハウジングの頂部上に配置されたファンである。第２のファン手段は、ハウジングの頂部に沿って離隔して配置された複数のファンを含む。ファンは有利には軸流ファンである。第２のファン手段によりチャンネル内へ向けられる空気は、典型的にハウジングの外部からの空気である。有利に、例えば空気を熱交換器内に通過させて第２のファン手段によりハウジング内に導かれる空気を予め加熱し、燃焼プロセスから生じる排気ガスから熱を除去することができる。これは、例えば自然給排気システムを使用して実現することができる。
ハウジングは内皮と外皮を有することができ、内皮はチャンネルの壁を規定し、外皮はハウジングの上面を規定し、内皮と外皮との間の空間は少なくとも部分的に断熱材料により満たされる。断熱材料は、好ましくは５００℃を超える温度、特に６００℃を超える温度に耐えうるものである。
ハウジング内のチャンネルの内面、例えば内皮は、好ましくは反射面を有し、燃焼管からの熱放射を下方へ反射し、又は熱交換プレートからのあらゆる熱放射を熱交換プレートへ戻すように反射する。チャンネルの反射面の反射効率を改善するために、反射面は好ましくは表面間隙率及び不均一性を減らし、反射率を改善するように処理された面とされる。例えば、その面は陽極処理アルミニウムとすることができ、特に着色陽極処理アルミニウムとすることができ、最も好ましくは金着色陽極処理アルミニウムとすることができる。金着色陽極処理アルミニウムは、本発明のヒータとの関連において反射放射が特に効率的であると考えられている。
対照的に、熱交換プレートの底面、及び好ましくはその上面は常に実質的に非反射性であり、有利には反射吸収性を改善するように処理することができる。例えば、その底面を黒くすることができる。その代わりに、又はそれに加えて、熱交換プレートの表面を、例えばショット又はビードブラストにより表面にクレーターとピットを形成して表面積が増加するように処理することができる。
熱い物体による放射は、その物体の温度とべき法則により関係付けられ、加熱要素、即ち燃焼管が可能な限り熱くなるように放射ヒータを動作させることにより、放射ヒータから増加した効率を得ることができる。しかし、ヒータの効率に関する１つの制限因子はヒータの表面上の”ホットスポット”の形成であり、そこでは炎が燃焼管の壁と直接接触するようになる。より高い動作温度をもたらすように可燃性混合物が調整されれば、そのようなホットスポットの数及び温度が増加し、結局は要素の失敗につながる。この問題を解決するため、燃焼管に内部ライナーを設け、そのライナーは燃焼管のバーナー端部から、可燃性混合物が供給される燃焼管内部に沿って延び、燃焼管より小さい断面積を有し、孔が設けられる。こうして、炎はライナー内にとどめられるが、ライナーと燃焼管の内壁の間の領域からの空気が供給され、それは孔を通ってライナー内へ入ることができる。ホットスポット形成の問題は可燃性混合物が供給される端部で最も激しいが、細長い燃焼管の遠端部ではそれほどでもなく無視できるので、ライナーを燃焼管の全長にわたって延ばす必要はない。実際、コストを軽減させ、構造を単純化するために、ライナーは燃焼管より短いことが好ましい。
ライナーにはフレア状部分を設けることができ、それは燃焼管から外部へ延び、そのフレア状部分の内部へ可燃性混合物が向けられる。そうして、可燃性混合物はより容易にライナー内へ向けられ、フレア状部分と燃焼管への入口の間にポジティブギャップ（positive gap）を残し、空気が燃焼管へ入ることを可能とする。ライナーのおかげで、炎が加熱要素の壁から離れて維持されるので、炎の温度が上がり、効率が上がる。
望まれれば、ヒータの効率を改善するために、燃焼管を通り過ぎるように方向付けることにより、バーナーへの空気供給を混合以前に加熱することができる。そうして、入り込む空気を炎の温度へ上昇させるために無駄に使用される熱がより少なくなり、よって炎はより効率的に働く。
別の観点では、本発明は、上述のように規定されるが、モジュールの形態を有するスペースヒータを提供し、１組の端部モジュールと１つ以上の中間モジュールとを有し、前記端部モジュール及び中間モジュールはヒータを構成するように相互連結可能であり、端部モジュールの少なくとも１つの上にバーナーが配置され、端部モジュールの少なくとも１つは以下に述べるような第１のファン手段が配置され、各中間モジュールは燃焼管及び前記熱交換プレートの中間部分を含むハウジングの中間部分を有し、ハウジングの中間部分はその上面に開口を有し、開口は第２のファン手段と通じて空気をハウジング内のチャンネルに向ける。
そのヒータは、単一の中間モジュールを有することができ、又は２つ以上の中間モジュールを近端部モジュールと遠端部モジュールとの間に配置することができる。そうして、要求されるヒータの長さに従って中間モジュールの数を選択することができる。
中間モジュールの間、又は中間モジュールと端部モジュールとの間への挿入のために、ファンを支えないスペーサモジュールを設けることもできる。スペーサモジュールは、ハウジング部分を含むことができ、その内部に燃焼管と熱交換プレートの一部が配置される。
端部モジュール、中間モジュール及びあらゆるスペーサモジュールは好ましくは協働構造を有し、モジュールを一体に結合可能とする。例えば、モジュールは、隣接するモジュールの相補型のソケット又は差込み構造との接続のための１つ以上の差込み及び／又はソケット構造を有することができる。
１つの実施形態では、１つの端部モジュールはバーナーを含み、他方の端部モジュールは第１のファン手段を含む。
別の実施形態では、ヒータは複数の別個の燃焼管を有することができ、１つの端部モジュールは少なくとも１つのバーナーと少なくとも１つのファン手段を含み、他方の端部モジュールは相補的な数のバーナーと第１のファン手段を含み、バーナーと第１のファン手段の総数はそれぞれ燃焼管の数に対応するようにすることができる。
さらに別の実施形態では、１つの端部モジュールが少なくとも１つのバーナーと少なくとも１つの第１のファン手段を有し、別の端部モジュールが以下に説明するようにメインの第１の燃焼管と戻り管とを一体に接続するマニホールドを形成することができる。
このように、本発明のモジュールの形態により、異なるサイズ及び構成の広範囲のヒータを比較的少数のモジュールから製造することができることが理解される。
以下、添付図面に示される具体的実施形態を参照して本発明を説明し、添付図面において、
図１は、本発明の１実施形態によるモジュールヒータの側部断面立面図であり、
図２は、図１のモジュールヒータの下方から見た分解概略図であり、
図３は、図１及び図２のモジュールヒータの１側面から見た分解概略図であり、
図４ａ及び４ｂは、図１乃至図３のヒータのバーナー端部モジュール及び中間モジュールの拡大図であり、及び
図５は、図１のラインＩ−Ｉに沿った断面図である。
図面を参照すると、本発明の１つの実施形態によるヒータは、近端部又はバーナー端部モジュール２、３つの中間モジュール４、６及び８、並びに遠端部モジュール１０の５つのモジュールを有する。５つのモジュールは、差し込み形成（図２、３、４ａ及び４ｂ）と相補型ソケット形成（図示せず）との間の差し込みとソケットによるジョイントにより一体的にはめ込まれる。
一体的に接続されると、ヒータはハウジング２０を備え、そのハウジング２０は絶縁性材料層２６が間に挟まれた内壁２２と外壁２４を有する。ハウジングは、４つのモジュールの端部壁２’、２’’、４’、４’’、６’、６’’、８’、８’’、１０’、１０’’により強化される。ハウジングの窪んだ底面はチャンネル２８を規定し、チャンネル２８内部には３つの燃焼管３０、３２及び３４が吊り下げられ、それら燃焼管は遠端部モジュール１０内に配置されたマニホールド３６により連結されている。近端部モジュール２０はその内部に配置されたガスバーナー４０を有し、ガスバーナー４０は模式的に示され、従来の設計によるものとできる。ガスバーナーは単一のバーナーとすることができ、又は複数のバーナーを配置することもできる。ガスバーナーの出口はメインの燃焼管３２の近端部内へ向けて開口（vent）している。メインの燃焼管３２の内部には１つ又は２つの有孔ライナーチューブ４２が配置されている。そのような構成で、空気はライナーチューブ４２の外側と燃焼管３２の内壁との間の空間４４に通って流れることができ、ライナーチューブに沿って進む際にライナーチューブの壁に設けられた貫通穴（図示せず）を通って炎を送る。こうして、より完全な燃焼が達成される。
近端部モジュール２の底面にあるガスバーナー４０の各側には、従来の構成とすることができる遠心ファン４８が配置される。遠心ファン４８は戻り管３０及び３４のそれぞれに取り付けられる。戻り管３０及び３４はメインの燃焼管３２のおよそ半分の容積であり、マニホールド３６においてメインの燃焼管３２に接続される。燃焼管３０、３２及び３４は鋼により形成され、放射効率を最大化するように表面処理することができる。
下方に向かって開放したチャンネル部分からなる熱放射吸収熱交換プレート５０、５２及び５４は、各燃焼管の上方に吊り下げられて燃焼管の上側半分を取り囲む。熱交換プレートは接近して間隔を有して配置され、限定された幅のギャップ５６、５８、６０及び６２を規定し、その重要性を以下に述べる。熱交換プレート５０、５２及び５４は最も好ましくはそれらの放射吸収能力を増加させるように処理される。例えば、それらは少なくとも底面を黒くしてそれらの熱吸収性を最大にする。その代わりに又はそれに加えて、例えば、ビード又はショットブラストによりその表面積を増加するように処理することができる。
各中間モジュールのハウジング部分２０’’の頂部上には、軸流ファン６４が配置され、それらは模式的に示され、従来の構成とすることができる。ファン６４の空気出力は、ハウジング部分２０’’の上部壁内の開口６６へ向けられる。
使用時には、バーナー４０へガスが送られ、メイン燃焼管３２内で燃焼が生じる。燃焼の生成物は、メイン燃焼管３２を通ってマニホールド３６の周りへ導かれ、さらに戻り管３０、３４を通じて戻り、各戻り管の端部で遠心ファン４８により排気される。こうして燃焼管３０、３２、３４は摂氏３００度から６００度の間の温度まで加熱され、その温度では燃焼管の表面から熱が放射する。燃焼管の底面から放射する熱は地面へ向けられ、放射加熱効果を生じる。
燃焼管３２は戻り管３０及び３４よりも高温になり、燃焼管自体はそれに沿って段階的な温度を有するであろう。しかし、戻り管３０及び３４をメイン燃焼管３２と略平行に配置することにより、３つの燃焼管の平均温度はヒータの長さ方向にわたってほぼ一定に保たれる。こうして、ヒータの総放射出力はその長さ方向にわたってほぼ一定となる。
燃焼管３０、３２、３４の上面から放射する熱は、熱交換プレート５０、５２、５４の吸収性面により捉えられる。ハウジングの上部壁２０’’の開口６６を通じて軸流ファン６４により取り入れられた空気は熱交換プレート５０、５２、５４上を通過し、熱交換プレート間の制限幅ギャップ５６、５８、６０、６２を通じて下のフロアへ逃げる以前に加熱される。熱交換プレート間のギャップの制限された幅の目的は、背圧がプレート上の空間内で増加することを確実にし、空気がプレートと接触するようになってプレートから熱を奪う最大の機会を得ることを確実にすることである。
こうして、ヒータは放射加熱効果と、ファンにより補助された温風加熱効果の両方を提供する。熱交換プレートを燃焼管上に配置することにより、そうしなければ無駄になる熱を捉えて下のフロアへ向け、それによりヒータの効率を最大にすることができる。さらに、燃焼管を空気流から遮蔽することにより、燃焼管の放射出力を減少させて不完全燃焼につながるであろう望ましくない燃焼管の冷却を防止することができる。ファンにより補助された対流の更なる長所は、既にある程度暖められており、通常の対流により屋根まで上っている建物の屋根の下の領域から空気を導き出すことである。ヒータの効率をさらに高めるために、バーナーからの排気ガスを、軸流ファンのための空気吸入口に接続された別の熱交換器（例えば、自然給排気システム−図示せず）へ通過させ、それによりヒータのハウジング内へ送られる前に空気をさらに事前加熱する。
本発明のヒータの更なる有利な特徴はそのモジュールによる構成であり、それは、単に中間モジュールの数を変えることにより可変長さのヒータを得られることである。図示の実施形態ではヒータは３つの中間モジュールを有するが、１つだけ又は２つのモジュール、若しくは４つ以上のモジュールを有することも同様に良好である。差込とソケットによるジョイントシステムのおかげで、個々のモジュールを現場で容易に組み立てることができるので、そうしなければ非常に大型のヒータアセンブリになるであろうものを移送する問題を最小にすることができる。
本発明の原理から逸脱することなく、図面に示されるヒータに大して多くの変更及び改良が可能であり、そのような全ての変更及び改良は本発明に含まれることは容易に理解されるであろう。

Claims (2)

1. 下方の空間に放射加熱及び吹出し温風加熱の両方を提供可能なスペースヒータにおいて、
   燃焼管を配置すべきチャンネルを規定する窪んだ底面を有するハウジングと、
   前記燃焼管の第１端部に通じるバーナーと、
   前記燃焼管と通じ、燃焼ガスを前記燃焼管を通じて前記第１端部から第２端部へ移動させる第１のファン手段と、を備え、
   前記ハウジングは、
   前記ハウジングの上面に設けられ、第２のファン手段と通じて空気をハウジング内の前記チャンネルへ向ける開口と、
   前記燃焼管と前記開口との間に配置され、前記燃焼管の上面を取り囲む形状を有し、前記燃焼管からの放射を吸収すると共に前記開口からの空気が前記燃焼管に直接的に当たることを防止する熱交換プレートと、を有し、
   前記空気は、前記チャンネルの下端部を通って下方へ通り抜ける前に前記熱交換プレートにより加熱され、
   モジュールの形態を有し、１組の端部モジュールと１つ以上の中間モジュールとを有し、前記端部モジュール及び中間モジュールはヒータを構成するように相互連結可能であり、前記端部モジュールの少なくとも１つはバーナーを有し、前記端部モジュールの少なくとも１つは第１のファン手段を有し、各中間モジュールは燃焼管及び前記熱交換プレートの中間部分を内部に含む前記ハウジングの中間部分を有し、前記ハウジングの中間部分はその上面に開口を有し、前記開口は第２のファン手段と通じて空気をハウジング内のチャンネルに向ける
   スペースヒータ。
2. 前記ハウジングの窪んだ底面は内部に配置された１つ以上の燃焼管を有し、前記燃焼管の各々は２つ以上の肢部を有し、メインの第１の肢部は一端において前記バーナーと接続されると共に、前記バーナーから遠い方の端部において前記メインの第１の肢部と実質的に平行である１つ以上の戻り肢部に接続されている請求項１に記載のスペースヒータ。

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